牛奶感官特征及风味物质的研究进展

杨继勇 张养东* 郑 楠 王加启

(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，农业农村部奶及奶制品质量安全控制重点实验室，北京100193；2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，农业农村部奶产品质量安全风险评估实验室，北京100193；3.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养学国家重点实验室，北京100193)

奶是人类饮食的主要组成部分之一，因为其营养价值高、内含营养物质均衡，而且由于它的多功能性还可以转化为各种各样的产品。消费者主要根据口感和外观来判断牛奶的质量，但其感官质量受到许多因素的影响，其中接受性和偏好主要受其风味物质的影响[1-2]。奶中的风味物质是指引起奶产生一种特有风味的一些挥发性化合物，多属有机物，主要包括游离脂肪酸、醇类、酯类、内酯类、醛类、酮类、酚类、醚类、含硫化合物及萜类等[3]。奶的成分和风味变化则和饲料、季节变化和品种等因素有关[4-5]。本文主要综述了生鲜奶感官和风味物质的来源、组成以及其发生变化的影响因素，为开展牛奶风味研究，保持生鲜原料奶风味提供理论依据。

1 风味和异味对奶品质的意义

巴氏杀菌奶通常都被认为是“鲜奶”，因为传统的巴氏杀菌工艺不会显著改变奶的风味或挥发性化合物组成等[6]。奶的感官特征因物种而异，总体质量良好的鲜奶有一种清淡而独特的味道，被描述为略带咸甜而且伴有微妙的香气[7]。鲜奶的咸味和甜味主要归因于奶中的盐和乳糖，但事实上香气对风味的影响是最大的。此外，鲜奶的感官知觉受到愉悦的口感和回味的显著影响，这归因于乳脂的乳化，而这种味道所表现出来的典型特征出现偏差时很容易被消费者感觉到[8]。

在奶的感官特征中，风味是获得高质量产品的关键属性，同时也是影响消费者接受性和偏好的最重要属性之一，因为优质的奶及奶制品都具有良好的风味特征[9]。异味一直是乳制品行业的主要控制问题，异味的出现会降低奶及奶制品的感官质量和经济价值[10]；此外，它还可能是人均奶消费量下降的一个促成因素。风味是一种复杂的感觉，其中滋味和气味起着关键的作用，且主要是通过挥发性成分与鼻腔内嗅觉上皮受体的相互作用来感知的[11]。风味不能直接用仪器的方法测量，因为它是食物与消费者相互作用的结果，因此一般采用人工的方法进行奶的品质评价，而仪器风味分析则是通过识别和量化传递风味的化合物来评估奶的感官技术。近十几年来，人们从奶的生产到销售，以及引起奶挥发特征和感官特征变化的因素进行了研究，积累了大量关于不同品种奶及奶制品风味和挥发性特征的信息，但是由于市场的影响，大多研究都是关于奶中的异味[12]，像奶中挥发性化合物的来源机制和代谢途径、新加工技术对奶中风味的影响以及新的奶中风味研究方法的建立等内容都还没有被阐明，所以这些研究将会是未来奶及奶制品风味研究的主要方向。

2 感官和风味物质的组成及来源

生乳风味中所涉及的化合物来源有多个方面，而不是局限于某个单一的方面。大量的研究[13-14]表明，生乳中风味物质的来源主要有3种途径(图1)：第一，可以由饲粮直接转移，通过消化道(即瘤胃和/或肠道)吸收到血液，进而转移到乳腺等外围组织。第二，可以通过肺部途径。空气中存在的化合物或者瘤胃气体被动物肺部吸收进入血液，然后扩散到乳腺。第三，风味化合物还可以通过瘤胃代谢(内源性合成)和肝脏或乳腺中的碳水化合物、氨基酸、脂肪酸以及饲粮中存在的其他化合物的代谢过程形成。这些风味化合物多属有机物，主要包括脂肪酸、醇类、酯类、内酯类、醛类、酮类、酚类、醚类、含硫化合物及萜类化合物等[15]，同时他们在不同奶中的存在类型也不一样(表1)[16-19]，下面将对这些物质展开叙述。

图1 生乳中风味物质的来源

表1 生乳中的主要风味物质

2.1 羰基化合物

在羰基化合物中，甲基酮类、二酮类、直链醛类、支链醛类和芳香醛类经常存在于奶中[8,17]。从数量上讲，醛类化合物是奶中挥发性成分的主要组成部分，其中一些是特定动物奶中的化合物。例如，3-甲基丁醛仅存在于水牛奶中，而苯甲醛和苯乙醛不存在于山羊奶中[16]。而醛类化合物在奶风味中的重要性还是因物种而异，例如，壬醛被认为是存在于水牛生乳风味中的一种特征性化合物，而庚醛则对羊奶的风味有特殊的作用。有研究发现，不同类型饲粮饲喂下的绵羊奶和牛奶中醛类化合物的含量存在差异[17]。醛类化合物在低浓度(10～40 mg/L)时，会产生令人愉悦的草本气味，但在高浓度时，会产生刺鼻且令人不愉快的异味[18]。关于顺-4-庚烯醛在牛奶风味的研究中发现，其在牛奶中大约为50 pg/g时被认为是一种重要的气味物质[20]。综上所述，可以根据奶中醛类化合物的种类或不同类型饲粮饲喂下奶中醛类化合物的含量来对奶进行分类，这对于鉴定和验证乳制品及其原产地非常重要。

与醛类化合物不同的是，酮类化合物在不同反刍动物生乳中主要以次要化合物的形式被报道，然而也有其他研究已经指出酮类化合物是牛奶中数量上最重要的一类[18]，不同的提取技术可以解释不同的结果，但是到目前为止还没有证据表明酮类化合物是生乳风味中的主要贡献者。酮类化合物中，双乙酰因其典型的黄油香味而引起人们的研究，但这种化合物对奶整体风味的作用还没有被阐明，因为关于它在未发酵牛奶中含量的信息很少，而且大多数相互矛盾。例如Scanlan等[21]的研究表明，生乳中双乙酰的浓度低于阈值；而Macciola等[22]却检测到它们大量存在。

奶中的酮类和醛类化合物有多种来源，低分子量的甲基酮，如丙酮和丁酮，主要来源于奶牛的新陈代谢。乳中脂肪酸是具有奇数碳原子的甲基酮的前体，如2-戊酮和2-庚酮。饱和与不饱和支链醛可以通过不饱和脂肪酸的自氧化形成[23]。支链醛和芳香醛可以通过酶对氨基酸的分解代谢得到[16]。

2.2 醇

在生乳中发现了少量的乙醇，它们的含量因物种而异，在牛奶和水牛奶中分别占中性挥发性成分的1.5%与5.0%[16]。初级醇和支链醇是奶中的主要醇，它们可能是通过酶还原，从与其相关的醛中衍生出来的。有研究表明，生乳在冷藏储存期间，由于羰基化合物的减少，醇的含量增加了，而在鲜奶中醇的含量却很低，且它们对风味的相对贡献被认为是次要的[24]。在水牛奶和羊奶中，只有不饱和脂肪酸降解产生的1-辛烯-3-醇被鉴定为关键风味物质[16]。

2.3 酯类

酯类是不同动物奶中中性挥发性物质的主要组成部分。其中，丁酸乙酯和己酸乙酯是新鲜的牛奶、山羊奶和绵羊奶中最有效的风味化合物，它们赋予奶水果味[18]。目前生奶中酯类的来源尚未完全阐明，人们认为生奶中的酯在乳腺内或者挤奶后由细菌活动进行生物合成是有可能的[17]。

2.4 硫和氮化合物

硫和氮化合物是生乳中的的特征化合物，其中主要的化合物有硫化氢、甲硫醇、二甲基硫化物、二硫化碳、二甲基二硫化碳、二甲基三硫化碳、二甲基砜、2-乙酰-1吡咯啉、苯并噻唑、2-1异丁基-3-甲氧基吡嗪、吲哚和甲基吲哚等[25]。二甲基砜是一种典型的含硫化合物，从定量的观点来看，它在不同奶中被鉴定为一种主要的气味物质，在牛奶、山羊奶和绵羊奶中有占挥发性物质的25%，而在水牛奶中占比为4%[19]。二甲基砜的气味被描述为热牛奶、皮革和牛汗味，但其对奶风味的作用存在争议，主要是因为其在奶中的含量缺乏阈值数据，而且不同饲粮条件下其在奶中的含量差异很大[26]。此外，低浓度的二甲基硫、二甲基三硫醚和甲硫醇则被认为是奶中强有力的风味化合物[27-28]。奶中的含硫化合物主要来自于饲粮，但它们也可以由蛋白质结合的半胱氨酸和蛋氨酸形成，其中β-乳球蛋白是主要的参与者[5]。蛋氨酸能够分解代谢产生二甲基硫醚和甲硫醇，而甲硫醇则进一步氧化成二甲基二硫醚和二甲基三硫醚[7]。所以由此也可以推测，二甲基砜可能是由二甲基硫化物氧化或奶牛的新陈代谢产生的。

氮类化合物似乎是不同生乳风味所必需的化合物。绵羊奶、山羊奶和水牛奶中报告的数量高于牛奶中的数量，并且根据饲粮的不同，它们的数量也会有很大的不同。特别是吲哚，其阈值低而且还可以促进牛奶香气的形成。当吲哚浓度很低时，它的特点是有一种茉莉花的香味，而当它浓度较高时，就会有令人不愉快的粪便气味[18]。

2.5 脂肪酸

由于牧场管理不当，生乳中游离脂肪酸的浓度可能会升高，进而导致奶中产生异味，特别是短链脂肪酸可能会导致酸败味。鲜奶中目前已经鉴定出的游离脂肪酸主要是C4∶0到C10∶0碳原子的直链脂肪酸，但它们与风味关系不大[21]。相比之下，短链和中链脂肪酸(C6∶0～C12∶0)在绵羊奶和山羊奶风味中则为主要贡献者，特别是其中的支链脂肪酸更是具有蜡质和动物风味的特征[29]。虽然氨基酸分解代谢或乳糖降解可以产生一部分脂肪酸，但是大多数脂肪酸还是由脂蛋白脂解酶催化的甘油三酯水解产生的[30]。因此，每种反刍动物特有的乳脂组成和脂肪分解活性决定了脂肪分解的程度和释放的脂肪酸的类型，这反过来又对风味产生了很大的影响。生乳中的脂解作用应该很少或根本没有[31]，因为甘油三酯受乳脂球膜的保护而限制了脂解作用，在受到严重的机械破坏时，乳脂球膜便会破裂，脂蛋白脂解酶催化甘油三酯，所以鲜奶中游离脂肪酸的含量一般情况下应低于酸败异味的检测阈值。

2.6 萜类化合物、碳氢化合物和酚类化合物

萜类化合物、碳氢化合物和酚类化合物是鲜奶的正常成分。部分萜类化合物和碳氢化合物与饲粮有关，单萜类和倍半萜类可以很容易地从牧草转移到乳脂中，而只发生很小的变化[32]。萜类化合物是植物次生代谢的产物，具有杀菌(药用)和增香(香料)的特性。富含双子叶植物的天然高地牧场通常比富含禾本科植物的低地牧场含有更多的萜类化合物，在它们的鲜草和干草中也是同样的情况。Fernandez等[33]报道了法国高原和平原地区牛奶中萜烯类含量的差异，无论是放牧期还是饲喂期，高原地区采集的牛奶中倍半萜类含量均高于平原地区。在Revello Chion等[34]的研究中比较了夏季在意大利山区牧场放牧的奶牛和冬季饲喂干草饲粮的奶牛的乳脂中萜烯的含量，结果表示夏季产的牛奶中萜类含量明显高于冬季产的。萜烯的这种图谱反映在用这些牧场喂养的奶牛的奶中，因此，萜烯化合物可以帮助表征从不同饲粮、不同季节或不同地理区域喂养的反刍动物的奶中获得的乳制品。特别是倍半萜，被认为是很有前途的生化标记物，可以用来将乳制品与其地理区域联系起来[35-36]。萜烯会影响奶的风味，因为它们通常具有水果味、草本味或树脂味[37]，而碳氢化合物由于在奶中的低浓度和高感知阈值，可能不会对风味有影响。

已在鲜奶中鉴定出多种酚类化合物，如苯酚、邻甲酚、间甲酚和对甲酚、2-乙基苯酚和4-乙基苯酚、百里香酚和香芹酚，其中很大一部分是以代谢结合物(葡萄糖醛酸、硫酸盐和磷酸盐)的形式存在的[7,38]。已有研究报道了不同反刍动物奶中酚类化合物含量的定性和定量差异，绵羊奶中的酚类化合物主要以磷酸盐和硫酸盐结合物的形式结合，而牛奶和山羊奶中的酚类主化合物要以硫酸盐结合物的形式结合；绵羊奶中对甲酚和间甲酚的含量高于山羊奶和牛奶，但山羊奶中苯酚的浓度异常高，这些烷基酚以葡萄糖醛酸和硫酸的结合物存在于所有奶中[38]。大多数酚类化合物来自饲粮，但也有部分来自细菌对氨基酸的分解代谢或消毒剂的污染。关于饲粮对奶中非挥发性酚类物质含量的影响知之甚少，但最近的研究表明，在放牧山羊的牛奶中，酚类化合物会积累[39]。低水平的酚类化合物可能会产生令人满意的甜味、烟熏味或焦糖味，但高水平的酚类化合物可能会产生辛辣味或药用味等异味[40]。

综上所述，首先，奶中风味物质的来源和组成受到多种因素的影响，奶中风味物质存在物种间的差异，不同动物奶中特征性风味物质各不一样。其次，风味物质在奶中的数量、浓度存在差异，而且不同数量与浓度下所呈现的风味差异较大。最后，奶中风味物质受饲粮类型的影响，而且由于饲粮中粗饲料的来源存在地域性差异，更是使奶中风味物质赋予地域性特征。

3 风味的影响因素

奶是一种哺乳动物生产的天然食品，其风味的变化是可以预料的。在生乳中，这些变化主要与动物品种、动物管理制度和农场环境卫生条件有关。奶中风味的变化似乎是由一组常见挥发性化合物的浓度差异引起的，而不是由与饲粮特定唯一相关的某些化合物的出现引起的[41]。奶中风味变化的因素对乳制品行业有巨大的影响，因为它们可能导致乳制品的严重缺陷。此外，奶中特定的异味被归因于特定的饮食成分，并已确定了相关化合物[23]。因此，下面将讨论影响奶风味的主要因素。

3.1 遗传生理特征

泌乳动物的品种、泌乳阶段和其他遗传性状对奶风味有重要的影响。早期的研究报告表明，遗传差异和泌乳阶段是牛奶风味变化的重要来源，而奶牛产犊时的年龄对风味特征影响很小[42]。在羊奶的研究中表明，山羊奶比绵羊奶风味更强是因为在泌乳中期生产的山羊奶乳脂含量低、体细胞数高以及游离脂肪酸水平高[43]。此外，山羊奶的“山羊味”和自发脂肪分解与αS1-酪蛋白基因型有关[44]。

3.2 饲喂系统和饲粮

世界上有各种各样的饲喂系统，它们可以分为不同的类型，其中最主要的是放牧和舍饲，放牧是粗放化的，而舍饲集约化程度高[45]。许多研究都集中在天然富含多不饱和脂肪酸的对牛奶感官的影响。有人提出，基于牧场的生产系统可能更有助于消费者的健康，因为与饲喂精料、青贮或全混合日粮相比，基于牧场的生产系统生产的牛奶中存在更高浓度的共轭亚油酸[46]；同时，这2种生产系统生产的牛奶在挥发性特征和总体风味方面也显示出一些不同，具体在于基于牧场生产系统生产的牛奶比全混合日粮生产的牛奶具有更强的草味和牛体味，但是这种味道只有经过专门培训的检测人员才能辨别出来，消费者无法区分它们[47]。

饲粮是影响牛奶成分并产生特定风味的主要因素，饲粮类型(如粗饲料、精料、副产品)、饲粮保存方法(干草或青贮)、牧草品种以及不同的饲粮搭配在奶牛的生产中会产生不同的挥发性化合物和脂肪酸，这些饲粮在饲喂奶牛后不仅会影响乳脂的脂肪酸组成还会影响牛奶的氧化稳定性。比如，相对于草青贮、玉米青贮和全混合日粮，鲜草或放牧增加了牛奶中的亚麻酸和共轭亚油酸含量[12]。特定的饲粮和草本植物可以通过改变某些属于化学基团的化合物的数量来影响挥发性成分，这些化合物属于萜类[48]、碳氢化合物、醛、内酯、硫和酚类化合物，但它们不一定会导致牛奶感官质量下降[39]。然而，当奶牛采食发酵霉变青贮(玉米、豆类和草)、甜菜副产品、水果和蔬菜残渣、苜蓿(鲜草或干草)、三叶草、洋葱杂草和绿色大麦等与负面感官属性联系在一起的饲粮时，会使牛奶具有鱼腥味、洋葱味、青贮味和青草味等不良味道[49]。据报道，三甲胺和二甲硫醚分别为饲喂小麦牧草和新鲜割下的紫花苜蓿的奶牛所产牛奶中鱼腥味和麦芽味的主要原因[3]。在反刍动物饲粮与乳脂中游离脂肪酸组成之间关系的研究中发现，乳脂中不饱和脂肪酸的含量过高不一定对牛奶有利，因为脂肪酸的双键主要通过氧化反应来促进缺陷。脂肪氧化是牛奶氧化风味形成的主要原因，初级氧化产物分解成感官阈值较低的化合物，极大地促进了与氧化风味相关的特征风味化合物和香气的形成。牛奶的氧化稳定性源于抗氧化剂和促氧化剂之间的微妙平衡，这反过来又受到几个因素的影响，如脂肪酸组成、过渡金属离子和抗氧化剂[50]。如果抗氧化剂可以从饲粮转移到牛奶中，控制饲喂(改变乳中生育酚、类胡萝卜素等抗氧化剂的含量)可以增加不饱和脂肪酸的含量，使牛奶更容易被氧化或者改善牛奶的氧化稳定性[51]。在其他的试验中也考虑了不同比例的红三叶草青贮饲料对奶牛的挥发性特征或感官特征的影响，因为加入红三叶草青贮会导致多不饱和脂肪酸水平的增加[52]。但是到目前为止，所获得的结果是相互矛盾的。例如，Al-Mabruk等[53]研究表明，与不添加红三叶草的青贮饲料为基础生产的牛奶相比，红三叶草青贮生产的牛奶在储存过程中的氧化稳定性下降。根据Moorby等[54]的说法，在奶牛饲粮中增加红三叶草的比例，对牛奶的整体风味没有影响。Lynch等[55]分析了含有和不含天然增加的共轭亚油酸的巴氏杀菌牛奶的风味和稳定性，未经培训的小组成员无法在储存期检测到风味差异。

有人在评估抗氧化剂和促氧化剂对牛奶氧化稳定性的影响时提出[13]，像α-生育酚、β-胡萝卜素、抗坏血酸和硒等抗氧化剂的存在会抑制氧化异味，而像铜和不饱和脂类等促氧化剂会增强氧化异味。不饱和脂肪酸水平高的牛奶最容易被氧化，特别是含高浓度的铜时[56]。天然的(生育酚、抗坏血酸)和合成的(丁基羟基茴香醚、丁基羟基甲苯等)抗氧化剂作为防止或延缓氧化的介质受到了广泛的关注，奶中低浓度的天然抗氧化剂与饲养有很大的关系，但它们只能在最初避免氧化恶化[12]。抗氧化剂对氧化稳定性的影响在很大程度上取决于其浓度和牛奶中多不饱和脂肪酸的水平，对于相似浓度的抗氧化剂，含有更多不饱和脂肪酸的生乳对氧化更敏感。根据Havemose等[51]的说法，天然抗氧化剂对防止脂质氧化的作用似乎不如脂肪酸组成那么重要。相比之下，添加天然或合成抗氧化剂的牛奶可以有效地防止储存过程中的氧化异味。有研究提出，牛奶的氧化评估与牛奶饲粮中补硒有关，但结果表明该天然抗氧化剂对牛乳的氧化稳定性没有影响[57]。虽然加入抗氧化剂可以防止牛奶产生异味，但最关键的是控制不饱和脂肪酸、促氧化剂和过渡金属的含量，这将有助于减少氧化风味的形成，改善牛奶的风味和质量。

4 小 结

感官和风味对于牛奶的选择变得越来越重要，通过对原料奶风味与感官的评估可以在牛奶加工之前发现或处理生产问题。牛奶风味的不稳定性会改变牛奶的质量，在许多情况下牛奶中最常见的风味物质来自饲粮，改变牧草以及饲粮的组成，可以有效地改善牛奶的感官品质与风味。目前，关于饲粮中挥发性物质对生鲜奶感官及风味影响的研究还比较少，所以通过饲粮中挥发性物质来解析奶中的风味物质将变得非常有意义。